Le centrali elettriche più vecchie con sistemi di raffreddamento a passaggio singolo generano circa un terzo di tutta l'elettricità degli Stati Uniti, ma la loro futura capacità di generazione sarà compromessa dalla siccità e dall'aumento della temperatura dell'acqua legato al cambiamento climatico. Questi impatti sarebbero esacerbati dalle normative ambientali che limitano l'uso dell'acqua.

La soluzione non è abolire i regolamenti, mostra un nuovo studio della Duke University. È per rottamare i vecchi sistemi di raffreddamento.

"Se vogliamo avere un'elettricità affidabile e, allo stesso tempo, proteggere i laghi e i fiumi che forniscono acqua di raffreddamento alle piante, dobbiamo dotare gli impianti di sistemi di raffreddamento a ricircolo, " ha detto Lincoln F. Pratson, Gendell Family Professor di Energia e Ambiente presso la Nicholas School of the Environment di Duke.

Il nuovo studio mostra che se le acque superficiali si riscaldano di 3 gradi centigradi e i flussi dei fiumi diminuiscono del 20 percento, entrambi probabili entro la fine del secolo, gli impatti legati alla siccità rappresenteranno circa il 20 percento di tutte le riduzioni di capacità nelle centrali termoelettriche con Una volta attraverso, o ad anello aperto, sistemi di raffreddamento. Queste riduzioni includono riduzioni di capacità o arresti che potrebbero verificarsi quando i livelli delle acque superficiali locali scendono alle strutture di presa di un impianto.

Le normative ambientali che regolano l'uso dell'acqua di un impianto e la temperatura massima dell'acqua di raffreddamento utilizzata che può scaricare nuovamente nei fiumi o nei laghi rappresenteranno gran parte del restante 80 percento dei futuri arresti e tagli di capacità, ha detto Pratson.

"È sorprendente che gli impatti della siccità saranno molto più grandi di quelli delle temperature più calde, che stimiamo rappresenterà poco più del 2% delle riduzioni, " ha detto Candise L. Henry, un dottorato di ricerca 2018 diplomato alla Duke's Nicholas School, che ha condotto lo studio come parte della sua tesi di dottorato. "Ma è anche sorprendente che gli impatti della siccità saranno molto più piccoli degli impatti normativi".

"Fortunatamente, quasi tutti questi impatti potrebbero essere mitigati passando a sistemi di raffreddamento a ricircolo, " disse Enrico.

Le centrali termoelettriche utilizzano turbine a vapore per generare la loro energia. Una volta che il vapore è passato attraverso le turbine deve essere raffreddato. I sistemi una tantum lo fanno aspirando acqua fredda da fiumi o laghi vicini, facendolo circolare attraverso tubi per assorbire il calore del vapore, e scaricando l'acqua riscaldata nel fiume o nel lago.

Nei sistemi di ricircolo, l'acqua di una torre di raffreddamento viene utilizzata per assorbire il calore del vapore e quindi reinstradata alla torre dove il calore viene rilasciato per evaporazione. Gli impianti con questo tipo di impianto non scaricano acqua calda nelle acque superficiali e devono solo sostituire la parte di acqua di raffreddamento che si perde per evaporazione, rendendoli meno vulnerabili agli impatti della siccità e alle normative ambientali.

"Proprio adesso, è abbastanza comune che agli impianti vengano concesse deroghe provvisorie dalle norme che disciplinano la temperatura massima ammissibile dell'acqua scaricata, ma se le normative diventeranno più rigorose nelle future amministrazioni, potremmo vedere più riduzioni o arresti di centrali elettriche una tantum, " disse Enrico, che ora è ricercatore post-dottorato presso la Carnegie Institution for Science della Stanford University.

Lei e Pratson hanno pubblicato i loro risultati sottoposti a revisione paritaria l'8 marzo in Scienze e tecnologie ambientali .

Per condurre il loro studio, hanno analizzato sette anni di dati operativi e meteorologici per 52 centrali elettriche degli Stati Uniti orientali con sistemi di raffreddamento a passaggio singolo. Utilizzando un modello di generazione di energia elettrica, hanno setacciato i dati, che abbracciavano gli anni dal 2007 al 2014, quando gravi siccità hanno colpito gran parte del sud-est, per tenere traccia di come i cambiamenti orari delle temperature e delle portate dell'acqua locali hanno influito sulla potenza massima di ogni impianto.

Eseguendo il modello in sette diversi scenari di disponibilità dell'acqua e temperatura, sono stati in grado di distinguere quale percentuale delle variazioni totali nella capacità di generazione è stata causata dall'aumento della temperatura dell'acqua, quale parte derivava dalla diminuzione del flusso d'acqua, e quanto era legato alla conformità normativa. Utilizzando il riscaldamento previsto e le tendenze del flusso d'acqua per il prossimo secolo, hanno stimato i probabili impatti futuri di ciascun fattore.

"Gli studi precedenti hanno raggruppato gli impatti della siccità, temperature dell'acqua e regolazione ambientale insieme, " Pratson ha osservato. "Separandoli, otteniamo un quadro molto più chiaro di quali saranno le grandi minacce e cosa possiamo fare per mitigarle".

Il fatto che gli impatti della siccità saranno molto più grandi di quelli causati dall'acqua più calda sottolinea la necessità di dare priorità alle strategie di mitigazione che si concentrano sul flusso d'acqua, Egli ha detto. Oltre all'installazione di sistemi di raffreddamento a ricircolo, queste strategie includono l'installazione di stagni per contenere le riserve di acqua di raffreddamento; localizzare nuovi impianti su corpi idrici più grandi; e l'attuazione di piani di gestione dei bacini idrografici più rigorosi per regolare l'uso dell'acqua da parte di tutti gli utenti situati su un fiume o un lago.